海水中钢筋混凝土锈蚀破坏

海水中钢筋混凝土锈蚀破坏研究1海洋腐蚀环境海水中盐分总量大约在3％，且富含Cl—、Mg2+、SO42—，这些离子对混凝土结构有很强的腐蚀作用。同一海工混凝土构筑物的不同部位，由于暴露条件的不同，造成的破坏程度也有轻重之分，如图1所示。可见，由于浪溅区和潮差区处于干湿交替的环境中，供氧充分，海工混凝土腐蚀和钢筋锈蚀特别严重。2腐蚀机理导致海水中混凝土腐蚀的因素主要分为5类，即钢筋锈蚀、冻害、化学腐蚀、结晶压力及海洋微生物作用等。2.1 钢筋锈蚀Cl—是造成钢筋锈蚀的主要原因，而海洋环境又富含Cl—。Housmen等人的试验研究结果明，在混凝土的液相中，当浓度比值为Cl—／OH—>0.61时，钢筋开始锈蚀，并以此作为“临界值”。水泥水化的高碱性使混凝土内钢筋表面产生一层致密的钝化膜。Cl—是极强的去钝化剂，Cl—吸附于局部钝化膜处，使该处的pH值迅速降低，从而破坏钢筋表面钝化膜。铁基体作为阳极受到腐蚀，大面积钝化膜区域作为阴极。由于是大阴极对应小阳极，腐蚀速度很快。钢筋锈蚀体积膨胀，可超过原体积的6倍，是混凝土开裂的主要原因。2.2 冻害在寒冷气候中，海水通常不会结冰，每日两次潮汐作用使得潮差区和浪溅区受到两次冻融循环。混凝土的抗渗性是对抗冻性有很大影响的控制因素。Mehta指出，混凝土破坏原因，按重要性递减顺序排列是：钢筋锈蚀、冻害、物理化学作用。可见冻害也是使混凝土破坏的重要因素。【浪溅区是高水位加1.5m与设计高水位减去1m之间，潮差区即水位变动区是设计高水位减去1m与设计低水位减去1m之间。】2.3 化学腐蚀海洋环境对混凝土的化学腐蚀因素很多，概括起来可分为：Cl—侵蚀、碳化作用、镁盐侵蚀、硫酸盐侵蚀及碱—骨料反应。Cl—侵蚀前面已经介绍了，下面介绍后三种因素。2.3.1 碳化作用混凝土的碳化过程是指工程所处环境中的二氧化碳气体，通过混凝土内部孔隙进入混凝土中，与混凝土中的Ca(OH)2发生化学反应，生成CaCO3和水的过程。混凝土碳化以后，pH值急剧下降，破坏了钢筋的钝化膜赖以生存的环境。混凝土在海水中碳化并不严重，但在浪溅区则不同，这是由于水下C02含量不充分的缘故。2.3.2 镁盐及硫酸盐侵蚀由于海水渗入，海水中的镁盐、硫酸盐和水泥石中的Ca(OH)2反应生成：(1)Mg(OH)2。一种白色松软的不定形物质，会使水泥浆体的结构遭到破坏；(2)钙矾石(3CaO•Al203•3CAS04•32H20)。一种针状结晶体，其绝对体积比铝酸钙大，一旦生成可在混凝土内引起很大的内应力，致使混凝土膨胀和开裂；(3)硅酸镁水化物(4MgO•SiO2•8H2O)。对硅酸钙水化物的取代反应使混凝土强度下降并变脆；(4)氯化钙和石膏。可溶于水，造成混凝土的浸析增加，继而强度和质量损失增加。2.3.3 碱—骨料反应碱—骨料反应是混凝土中某些活性矿物集料与混凝土孔隙中的碱性溶液之间发生的反应。必备的三个条件是：活性矿物集料(活性二氧化硅、白云质类石灰岩或粘土质页岩等)、碱性溶液(KOH、NaOH)和水。温度、湿度和含盐量对其有促进作用。在海洋中，尤其是热带海洋中的混凝土构筑物，碱一骨料反应不能忽视。【碱骨料反应是指混凝土中的碱性物质与骨料中的活性成分发生化学反应,引起混凝土内部自膨胀应力而开裂的现象.碱骨料反应给混凝土工程带来的危害是相当严重的.因碱骨料反应时间较为缓慢,短则几年,长则几十年才能被发现.】2.4 盐类结晶压力在多孔结构的混凝土中，过饱和溶液中盐类的结晶压力所产生的应力可达到足以使混凝土开裂和脱落。海水在混凝土中可因毛细作用而上行，蒸发区段一般在水平面以上(0.3～0.5)m。水平构件表面存在的凹凸不平，也会生成盐类结晶。因此，应该充分重视混凝土的表面平整。2.5 其它因素2.5.1 气候条件高温使腐蚀速度加快，能大大缩短钢筋脱钝的时间。南方沿海气温常年较高，有助于腐蚀反应的发生。北方地区温差变化大，冬季气温正负变化，混凝土孔隙内水反复发生冻融循环。2.5.2 微生物腐蚀硫杆菌能将硫、硫化硫酸盐、亚硫酸盐等氧化成硫酸盐，最终转化成对混凝土有强腐蚀性的硫酸；硫酸盐还原菌能将硫酸盐还原为强腐蚀性硫化氢，但高pH值、高密实度及不易渗透的混凝土对其是免疫的。另外，流水、波浪侵袭力的磨损与冲刷，加强了腐蚀介质的渗透力量；对于海港码头等构筑物又常会受到船舶冲击；荷载作用下结构的应力状态给腐蚀破坏创造了方便的条件。